铁基高温超导体发现十周年
编者按：
新型超导体的发现常常为物理研究带来科学突破的机遇。2008年发现的新一类高温超导体家族——铁基高温超导体，由于其独特的物理性质和在应用方面的潜在优势，激发了世界范围的研究热潮，是过去十年凝聚态物理研究的热点之一。
自铁基高温超导发现以来，中国科学家一直走在铁基高温超导研究的最前沿，不断取得重要成果，在国内外学术界产生了重大的影响。不仅发现并合成了多种新型超导材料，而且发展并利用各种实验测量手段对铁基高温超导进行了全方位的研究，极大加深了对高温超导机理的理解，推动了实验技术和高温超导应用领域的发展。
在铁基高温超导体发现十周年之际，本刊特组织专题，邀约国内相关学者对铁基高温超导体新材料、物理性质及机理以及应用等方面的发展现状和创新研究进行了介绍。希望通过对十年来铁基高温超导体研究进展的总结，可以进一步加速新超导体材料的探索和物理机理的理解，并促进铁基高温超导体的应用。
2018, 67 (20): 207102.
doi: 10.7498/aps.67.20181401
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测量和研究了铁基超导体Li0.8Fe0.2ODFeSe单晶的红外光学响应，发现室温下光电导率谱不存在Drude分量，载流子具有非相干输运行为.随着温度降低，Drude分量形成并不断变窄，同时在相应的反射率谱上出现清晰的等离子体边，表明散射率急剧降低.在最低温度，观察到超导能隙形成导致的光谱变化，光电导率谱在160 cm-1以下受到显著压制.对比FeSe单晶的光谱数据，发现整体的光电导率谱型很相似，但自由载流子的谱重更低，揭示出样品具有更低的载流子浓度.另外还观察到温度变化诱导的谱重由低频向高频区域转移的现象，表明其存在强关联效应.
2018, 67 (20): 207401.
doi: 10.7498/aps.67.20181818
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铁基高温超导体自2008年发现以来，对其超导电性的研究一直是一个热门的课题.扫描隧道显微镜能够在原子尺度进行表面形貌和隧道谱测量，从微观角度研究电子态密度的信息，是研究超导的重要谱学手段.近年来，在铁基超导电性方面，扫描隧道显微镜实验已经积累了一些有价值的结果，本文进行了总结介绍.铁基超导体是多带多超导能隙的超导体，不同材料的费米面结构有很大的变化.扫描隧道显微镜证明，同时有电子和空穴费米面最佳掺杂的铁基样品超导能隙结构是无节点并带有能隙符号变化的s波.而进一步的实验发现在没有空穴费米面的FeSe基超导体中也存在能隙符号的相反，对统一铁基超导体的配对对称性提供了重要实验证据.此外，扫描隧道显微镜在研究铁基超导体的电子向列相、浅能带特性、可能的拓扑特性方面，提供了重要的实验数据.本文对上述相关内容进行了总结，并做了相应分析和讨论.
2018, 67 (20): 207407.
doi: 10.7498/aps.67.20181543
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类似于其他非常规超导材料，铁基高温超导电性通常出现在静态长程反铁磁序被抑制之后，并且强烈的自旋涨落始终与超导电性相伴相生，因此理解磁性相互作用是建立铁基超导微观机理的重要前提.中子散射作为研究凝聚态物质中磁性相互作用的有力工具，在揭示铁基超导电性的磁性起源方面起到了关键作用.本文系统总结了近十年来铁基超导材料的中子散射研究结果，包括铁基超导材料中的静态磁结构、磁性相变、动态磁激发、电子向列相等，并探讨它们与超导电性之间的关系.
2018, 67 (20): 207402.
doi: 10.7498/aps.67.20181256
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在种类众多的新型铁基超导材料中，122型铁基超导体具有高转变温度、超高上临界场、低各向异性、高临界电流密度等优点，因此成为高场应用领域最具竞争力的铁基超导材料.目前122型铁基超导线带材在4.2 K，10 T下的传输临界电流密度已经超过105A/cm2这一实用化门槛值，表现出十分广阔的应用前景.本文回顾了新型铁基超导体的发现及发展历程，结合122型铁基超导体的自身特点，就如何制备高性能122型铁基超导线带材展开讨论，同时对粉末装管法制备流程中影响线带材性能的几大关键因素进行了详细分析.重点介绍了近年来122型铁基超导线带材的实用化研究进展，包括高强度线带材的制备、圆线的研制、多芯线材及长线的制备、超导接头的研究、力学性能及各向异性的研究等.对122型铁基超导线带材实用化研究进行了总结，并对其未来的发展趋势进行了展望.
2018, 67 (20): 207403.
doi: 10.7498/aps.67.20181393
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铁基超导体中含有一类特殊的112型结构化合物，其层状结构中含有一层锯齿形的As链构型.本文报道了用CsCl助熔剂法生长新型铁基112型EuFeAs2母体单晶的具体方法，以及对该单晶的结构和物性的详细表征.通过能量色散X射线能谱扫描对单晶样品进行的化学成分分析，以及单晶X射线衍射的结构解析，确定该单晶样品属于EuFeAs2相，结构精修得到EuFeAs2具有空间群为Imm2（No.44）的正交晶体结构，晶格常数分别是a=21.285（9），b=3.9082（10），c=3.9752（9）.通过低温电阻测量，发现在110 K附近和46 K附近存在两个异常电阻跳变.进一步分析表明，110 K附近存在两个邻近的相变，这两个相变与铁基母体材料中常见的结构相变和Fe2+的反铁磁相变相符合.结合磁化率测量分析，可知46 K附近的相变属于Eu2+的反铁磁相变.
2018, 67 (20): 207404.
doi: 10.7498/aps.67.20181319
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通过对FeSe进行化学插层可以将其超导转变温度（Tc）从约8 K提高到40 K以上，实现高温超导电性.最近，我们对两种插层FeSe高温超导材料（Li0.84Fe0.16）OHFe0.98Se和Li0.36（NH3）yFe2Se2开展了高压调控研究，发现压力会首先抑制高温超导相（称为SC-I相），然后在临界压力Pc以上诱导出第二个高温超导相（称为SC-Ⅱ相），呈现出双拱形T-P超导相图.这两个体系的Pc分别约为5和2 GPa，两个体系SC-Ⅱ相的最高Tc分别可以达到约52和55 K，比相应SC-I相的初始Tc提高了10 K.对（Li0.84Fe0.16）OHFe0.98Se的正常态电输运性质分析表明，SC-I和SC-Ⅱ相的正常态分别具有费米液体和非费米液体行为，意味着这两个超导相可能存在显著差异.此外，还发现这两个体系的SC-Ⅱ相的Tc与霍尔系数倒数1/RH（载流子浓度ne）具有很好的线性依赖关系.对（Li0.84Fe0.16）OHFe0.98Se的高压X射线衍射测量排除了其在10 GPa以内发生结构相变的可能，因此Pc以上SC-Ⅱ相的出现和载流子浓度的增加很可能起源于压力导致的费米面重构.
2018, 67 (20): 207406.
doi: 10.7498/aps.67.20181355
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铁基高温超导体的基本结构单元是反萤石型Fe2X2层（X为磷族或硫族元素），因此，设计具有Fe2X2层的新化合物成为探索铁基超导材料的有效途径.本文在回顾铁基超导体结构特征和基本结构类型的基础上，归纳总结了铁基超导体块层结构设计的基本原则；着重介绍迄今发现的几类具有层状交生（intergrowth）结构的新型自掺杂铁基超导材料.
2018, 67 (20): 207408.
doi: 10.7498/aps.67.20181496
摘要 +
自从2008年铁基超导体发现以来，人们探索并发现了一系列的铁基高温超导材料，其中FeSe基超导体因其具有的独特性质而引起了人们的广泛关注.本文主要介绍了两类新的铁基超导体，即水热合成法合成的（Li，Fe）OHFeSe及电化学插层方法合成的（CTA）xFeSe的晶体结构及超导性质；对近年发展起来的利用电双层场效应晶体管技术以及固态离子导体调控FeSe的电子态性质的研究做了简要介绍.
2018, 67 (20): 207409.
doi: 10.7498/aps.67.20181651
摘要 +
始于2008年的铁基超导体研究续写了高温超导发展史的新篇章.回顾过去十年对铁基超导体的研究，在理论、实验及应用方面都取得了辉煌的成绩，丰富了人们对高温超导电性的认识，为突破高温超导机理研究、最终实现超导材料的人工设计与更广泛的应用奠定了坚实的基础.本文主要介绍了通过高压实验研究手段在铁基超导体的研究中取得的一些重要进展及呈现出的新现象和新物理，例如压致超导现象、压力导致的超导再进入现象、压力对超导转变温度的提升效应、压力研究对铁基超导体超导转变温度的预测、相分离结构对超导电性的影响及反铁磁-超导双临界点的发现等.希望这些高压研究结果与本文报道的其他各类实验与理论研究成果一起，为全面、深入地理解铁基超导体勾画出一幅较为完整的物理图像.
2018, 67 (20): 207411.
doi: 10.7498/aps.67.20181692
摘要 +
RbCr3As3是具有[（Cr3As3）-]线性链的准一维超导体，超导转变温度约为6.6 K.对RbCr3As3单晶进行了电输运和极低温热输运性质的研究.低温下，拟合了RbCr3As3正常态电阻率随温度的变化，发现其满足费米液体行为.通过拟合超导转变温度随磁场的关系，得到RbCr3As3单晶的上临界场约为25.6 T.对RbCr3As3进行了零场下的极低温热导率测量，得到其剩余线性项为7.5 WK-2cm-1，占正常态热导率值的24%.测量不同磁场下RbCr3As3的热导率，发现与单带s波超导体相比较，RbCr3As3剩余线性项随磁场增加相对较快.这些结果表明RbCr3As3单晶很可能是有节点的非常规超导体.
2018, 67 (20): 207412.
doi: 10.7498/aps.67.20181701
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FeSe基超导体作为铁基超导材料家族的重要组成部分，已经成为凝聚态物理研究的一个热点领域，对这类超导材料的探索和制备是研究其物理性质的基础.目前，对于FeSe基超导材料的探索主要集中于插层和外延单层FeSe薄膜.其中，通过插层方法获得的FeSe基超导材料具有独特的性质，且种类众多.本文介绍了近年来发现的一系列FeSe基高温超导材料，涵盖KxFe2Se2，AxNH3FeSe，LiOHFeSe和有机分子插层FeSe等，并针对各种材料，简述了其性质及影响.
2018, 67 (20): 207413.
doi: 10.7498/aps.67.20181768
摘要 +
铜氧化物超导体和铁基超导体是人类相继发现的两类高温超导家族，它们的高温超导机理是凝聚态物理领域中长期争论但悬而未决的重大问题.对铁基超导体广泛而深入的研究，以及与铜氧化物高温超导体的对比，对于发展新的量子固体理论、解决高温超导机理、探索新的超导体以及超导实际应用都具有重要意义.固体材料的宏观物性由其微观电子结构所决定，揭示高温超导材料的微观电子结构是理解高温超导电性的前提和基础.由于角分辨光电子能谱技术具有独特的同时对能量、动量甚至自旋的分辨能力，已成为探测材料微观电子结构的最直接、最有力的实验手段，在高温超导体的研究中发挥了重要作用.本文综述了在不同体系铁基超导体中费米面拓扑结构、超导能隙大小和对称性、轨道三维性和选择性、电子耦合模式等的揭示和发现，为甄别和提出铁基超导新理论、解决高温超导机理问题提供重要依据.
2018, 67 (20): 207414.
doi: 10.7498/aps.67.20181586
摘要 +
111型铁基超导体系包含LiFeAs，NaFeAs和LiFeP三个组员.这三个组员的晶体结构简单，具有非极性解离面等特点，在铁基超导物理机理研究中发挥着独特的作用.本文简要介绍111型铁基超导体的研究进展.
2018, 67 (20): 207410.
doi: 10.7498/aps.67.20181638
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FeSe基超导体的超导临界温度可大范围调控，物理现象丰富，是非常规超导机理研究的热点.由于较高的超导临界参数及易于加工等特点，FeSe基超导体在超导应用开发方面也日益受到重视.大尺寸高质量的单晶和薄膜形态的FeSe基超导材料，对于相关基础科学研究和应用开发都极为重要.作者近年来先后开发和发明了水热离子交换（ion-exchange）、离子脱插（ion-deintercalation）、基底辅助水热外延生长方法，成功解决了二元FeSe和插层（Li，Fe）OHFeSe超导体高质量单晶和薄膜的生长和物性调控难题.进而在相关物理问题的研究中取得新进展，包括发现二元FeSe中自旋向列序与超导电性密切相关，观测到（Li，Fe）OHFeSe中的电子相分离现象.此外，（Li，Fe）OHFeSe超导薄膜呈现很高的超导临界电流密度和上临界磁场，其应用前景值得关注.
2018, 67 (20): 207101.
doi: 10.7498/aps.67.20181455
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铁基超导体和拓扑量子材料是近年来凝聚态物理两个重要的前沿研究方向.铁基超导体中是否能衍生出非平庸的拓扑现象是一个非常有意义的问题.本文从晶体对称性、布里渊区高对称点附近的有效模型以及自旋轨道耦合相互作用三个方面具体分析了铁基超导的电子结构的基本特点.在此基础上，重点阐述铁基超导的正常态、临近超导的长程有序态以及超导态中非平庸的拓扑量子态是如何衍生的；具体介绍了相关的理论模型以及结果，回顾了相关的实验进展，展望了该领域的发展前景.
2018, 67 (20): 207415.
doi: 10.7498/aps.67.20181681
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单层FeSe/SrTiO3界面增强超导的发现为理解高温超导机理提供了一个新的途径，也为实现新的高温超导体开拓了新思路.本文通过在SrTiO3（001）表面高温沉积Mg进而沉积单层FeSe薄膜，制备出了FeSe/MgO双层/SrTiO3异质结.利用扫描隧道显微镜研究了异质结的电学及超导特性，观测到约1415 meV的超导能隙，比体相FeSe超导能隙值增大了56倍，与K掺杂双层FeSe/SrTiO3的超导能隙值相当.这一结果可理解为能带弯曲造成的界面电荷转移和界面处电声耦合共同作用导致的超导增强.FeSe/MgO界面是继FeSe/TiO2之后的一个新界面超导体系，为研究界面高温超导机理提供了新载体.
2018, 67 (20): 207405.
doi: 10.7498/aps.67.20181541
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铁基超导和铜基超导具有诸多相似性，这为建立统一的高温超导机理图像提供了可能性.然而，对铁基超导体系中无论是进行电荷掺杂、还是等价掺杂来改变化学压力，都能产生定性上类似、而细节上纷繁复杂的相图，这对建立统一的图像造成了困难.研究化学掺杂效应如何在微观上影响电子结构和超导电性，区分主导超导电性演化的主要因素和次要因素，对建立统一图像和揭示高温超导机理至关重要.本文综述了对铁基超导体系中化学掺杂效应的一系列角分辨光电子能谱研究，涵盖了基于FeAs和FeSe面的多种代表性铁基超导体系，包括异价掺杂、等价掺杂、在元胞不同位置的化学掺杂，及其对电子体系在费米面结构、杂质散射、电子关联强度等方面的影响.实验结果表明：电子关联性或能带宽度是多个铁基超导相图背后的普适参数，不同的晶格和杂质散射效应导致了并不重要的复杂细节，而费米面拓扑结构与超导电性的关联并不强.这些结果对弱耦合机理图像提出了挑战，并促使人们通过局域反铁磁交换作用配对图像在带宽演化层面上统一地理解铁基超导.
